GIST-KAIST, 전기차 배터리 화재 사전 감지 기술 개발

(광주=뉴스1) 조영석 기자 = 전기차 배터리 화재 위험을 사전에 감지할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 기술은 배터리 내부 이상 징후를 조기에 포착, 화재나 폭발과 같은 중대 사고를 예방할 수 있을 것으로 기대된다.

광주과학기술원(GIST)은 배터리 내부 온도가 위험 수준에 도달하기 전인 80도 이하에서 열폭주 위험을 실시간으로 감지하고 사용자에게 직관적으로 경고할 수 있는 나노광학 온도센서를 개발했다고 24일 밝혔다.

전기전자컴퓨터공학과 정현호 교수와 한국과학기술원(KAIST) 전기 및 전자공학부 송영민 교수 공동 연구팀은 10 나노미터(nm) 두께의 텔루륨 초박막을 활용한 열변색 나노광소자를 개발했다.

연구진은 알루미늄 기반 배터리 표면 위에 10 nm 두께의 매우 얇은 텔루륨층을 증착하고, 그 위에 수십 나노미터 두께의 유리(SiO2) 보호층을 적층하여 온도에 따라 반사색이 변하는 가이레스-토어노이스 공진기(Gires-Tournois resonator)를 제작했다.

제작된 나노광소자는 상온(25도)부터 80도까지 온도 변화를 색깔로 정밀하게 구분할 수 있으며, 상용 열전대와 유사한 수준의 온도 감지 성능을 보였다. 또 17 밀리초(ms) 단위의 빠른 동영상 프레임 간격으로 배터리 표면의 온도 분포와 열 확산 과정을 실시간으로 시각화했다.

연구팀은 개발한 나노광소자를 상용 18650 배터리와 스마트폰에 적용해 충전 및 방전 시 발생하는 발열을 실시간으로 모니터링하는 데 성공하며 기술의 실제 활용 가능성을 입증했다.

이 광소자는 배터리 셀 위에 직접 증착하거나 간단히 테이프로 부착할 수 있어 산업 현장에 손쉽게 도입할 수 있으며, 별도의 전문 장비나 분석가의 도움 없이도 스마트폰이나 디지털 카메라만으로 누구나 배터리 온도 상태를 쉽게 확인할 수 있어 상용화 가능성이 매우 높다.

정현호 교수는 "텔루륨의 광변조 특성을 나노포토닉스 기술과 결합해 배터리 폭발 위험을 조기에 경고할 수 있는 원천기술을 확보했다"며 “향후 전기차, 항공, 우주, 소방, 웨어러블 기기 등 다양한 분야에서 활용될 전망"이라고 설명했다.

GIST 전기전자컴퓨터공학과 정현호 교수와 KAIST 전기 및 전자공학부 송영민 교수가 지도하고 GIST 김현민, 이주형, 김주환, 김규린, 한장환, 고주환 연구원이 수행한 이번 연구 결과는 재료 분야 저명 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 7월 23일 온라인 게재됐다.

kanjoys@news1.kr